CI 2 SLCI : ÉTUDE DU COMPORTEMENT DES SYSTÈMES LINÉAIRES CONTINUS INVARIANTS

Documents pareils
Automatique Linéaire 1 Travaux Dirigés 1A ISMIN

Premier ordre Expression de la fonction de transfert : H(p) = K

Partie 1 - Séquence 3 Original d une fonction

Chapitre 1 Régime transitoire dans les systèmes physiques

Automatique Linéaire 1 1A ISMIN

SYSTEMES LINEAIRES DU PREMIER ORDRE

Nombre dérivé et tangente

Automatique (AU3): Précision. Département GEII, IUT de Brest contact:

Complément d information concernant la fiche de concordance

Cours de Systèmes Asservis

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Continuité et dérivabilité d une fonction

TP 7 : oscillateur de torsion

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Notions d asservissements et de Régulations

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

PRECISION - REJET DE PERTURBATIONS T.D. G.E.I.I.

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Analyse des Systèmes Asservis

Résolution d équations non linéaires

SYSTÈMES ASSERVIS CORRECTION

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

aux différences est appelé équation aux différences d ordre n en forme normale.

Concours EPITA 2009 Epreuve de Sciences Industrielles pour l ingénieur La suspension anti-plongée de la motocyclette BMW K1200S

Chapitre 3 Les régimes de fonctionnement de quelques circuits linéaires

Fonctions de plusieurs variables

Equations différentielles linéaires à coefficients constants

Caractéristiques des ondes

I Stabilité, Commandabilité et Observabilité Introduction Un exemple emprunté à la robotique Le plan Problème...

Chapitre 1 : Évolution COURS

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

CABLECAM de HYMATOM. Figure 1 : Schéma du système câblecam et détail du moufle vu de dessus.

Donner les limites de validité de la relation obtenue.

Exprimer ce coefficient de proportionnalité sous forme de pourcentage : 3,5 %

INTRODUCTION A L ELECTRONIQUE NUMERIQUE ECHANTILLONNAGE ET QUANTIFICATION I. ARCHITECTURE DE L ELECRONIQUE NUMERIQUE

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Cours 9. Régimes du transistor MOS

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Dérivation : cours. Dérivation dans R

ACOUSTIQUE 3 : ACOUSTIQUE MUSICALE ET PHYSIQUE DES SONS

Fonctions homographiques

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

Systèmes de transmission

Développements limités, équivalents et calculs de limites

La fonction exponentielle

Limites finies en un point

ÉVALUATION FORMATIVE. On considère le circuit électrique RC représenté ci-dessous où R et C sont des constantes strictement positives.

Commun à tous les candidats

Module d Electricité. 2 ème partie : Electrostatique. Fabrice Sincère (version 3.0.1)

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

3 Approximation de solutions d équations

Les indices à surplus constant

Notes du cours MTH1101 Calcul I Partie II: fonctions de plusieurs variables

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

Calcul différentiel sur R n Première partie

Dérivation : Résumé de cours et méthodes

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

CARACTERISTIQUE D UNE DIODE ET POINT DE FONCTIONNEMENT

Chapitre 2 Les ondes progressives périodiques

2.4 Représentation graphique, tableau de Karnaugh

10 leçon 2. Leçon n 2 : Contact entre deux solides. Frottement de glissement. Exemples. (PC ou 1 er CU)

Chapitre 2 Caractéristiques des ondes

BTS Groupement A. Mathématiques Session Spécialités CIRA, IRIS, Systèmes électroniques, TPIL

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

SCIENCES INDUSTRIELLES (S.I.)

Fonctions de deux variables. Mai 2011

- Automatique - Modélisation par fonction de transfert et Analyse des systèmes linéaires continus invariants

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Systèmes asservis non linéaires

I. Ensemble de définition d'une fonction

TSTI 2D CH X : Exemples de lois à densité 1

avec des nombres entiers

1 Systèmes triphasés symétriques

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

P M L R O G W. sylomer. Gamme de Sylomer Standard. Propriétés Méthode de test Commentaires. Polyuréthane (PUR) Cellulaire mixte

Observer TP Ondes CELERITE DES ONDES SONORES

TD1 PROPAGATION DANS UN MILIEU PRESENTANT UN GRADIENT D'INDICE

Chap 4. La fonction exponentielle Terminale S. Lemme : Si est une fonction dérivable sur R telle que : = et 0! = 1 alors ne s annule pas sur R.

Module : réponse d un système linéaire

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

Cours Fonctions de deux variables

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Introduction à l étude des Corps Finis

Table des matières. I Mise à niveau 11. Préface

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

L3-I.S.T. Electronique I303 Travaux pratiques

BACCALAUREAT GENERAL MATHÉMATIQUES

Correction de l examen de la première session

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

ECTS INFORMATIQUE ET RESEAUX POUR L INDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUES

Logique binaire. Aujourd'hui, l'algèbre de Boole trouve de nombreuses applications en informatique et dans la conception des circuits électroniques.

Développements limités. Notion de développement limité

Chapitre 1. L intérêt. 2. Concept d intérêt. 1. Mise en situation. Au terme de ce chapitre, vous serez en mesure de :

Transcription:

CI 2 SLCI : ÉTUDE DU COMPORTEMENT DES SYSTÈMES LINÉAIRES CONTINUS INVARIANTS CHAPITRE 5 ÉTUDE DES SYSTÈMES FONDAMENTAUX DU SECOND ORDRE Amortisseur d un véhicule automobile Schématisation du mécanisme Modélisation par schéma bloc Problématique : Le comportement réel de certains systèmes asservis peut se modéliser par des systèmes dits du second ordre. Comment modéliser de tels systèmes? Savoir Savoirs : Mod-C2.3 : Modèles canoniques du second ordre Mod-C2-S1 : Identifier le comportement d un système pour l assimiler à un modèle canonique, à partir d une réponse temporelle Mod-C2-S2 : Établir un modèle de comportement à partir de relevés expérimentaux Ce document est en évolution permanente. Merci de signaler toutes erreurs ou coquilles. 1 Définition....................................................................................... 2 2 Réponse impulsionnelle...........................................................................3 2.1 Cas 1 : ξ > 1............................................................................... 3 2.2 Cas 2 : ξ < 1............................................................................... 4 2.3 Cas 3 : ξ = 1............................................................................... 4 3 Réponse indicielle................................................................................ 4 3.1 Cas 1 : ξ > 1............................................................................... 4 3.2 Cas 2 : ξ = 1............................................................................... 5 3.3 Cas 3 : ξ < 1............................................................................... 6 3.4 Évolution de la réponse en fonction du coefficient d amortissement............................ 9 1 CI 2 : SLCI Cours

1 Définition Les systèmes du sont ordre sont régis par une équation différentielle de la forme suivante : 1 ω 2 0 d 2 s (t ) d t 2 + 2ξ d s (t ) + s (t ) = e (t ) d t Dans le domaine de Laplace, la fonction de transfert de ce système est donc donnée par : H(p) = S(p) E (p) = 1 + 2ξ p + p 2 ω 2 0 Définition On note : est appelé le gain statique du système (rapport des unités de S et de E ) ; ξ (lire xi) est appelé coefficient d amortissement (sans unité) ; pulsation propre du système (r a d /s ou s 1 ). L amortissement est parfois noté m ou z. Schéma-bloc d un système du second ordre : E (p) 1 + 2ξ p + p 2 ω 2 0 S(p) Amortisseur ressort On considère que la force f (t ) est l entrée du système et que y (t ) est la valeur de sortie. y (t ) est la position mesurée par rapport à la position d équilibre. En isolant la masse M et en appliquant le théorème fondamental de la dynamique, on obtient : f (t ) k y (t ) µẏ (t ) = M ÿ (t ) On obtient ainsi une équation classique de la mécanique vibratoire où on pose. En passant dans le domaine de Laplace, on a alors : F (p) k Y (p) µpy (p) = M p 2 Y (p) F (p) = Y (p) M p 2 + k + µp On peut donc obtenir H puis sa forme canonique : Exemple H(p) = Y (p) F (p) = 1 k + µp + M p 2 = 1 k 1 + µ k p + M k p 2 2 CI 2 : SLCI Cours

Par identification on a donc : Exemple = 1 k = k M ξ = µ k 2k M = µ 2 k M 2 Réponse impulsionnelle La réponse impulsionnelle est donnée par une entrée du type E (p) = 1. On a donc S(p) = E (p) H(p) = 1 + 2ξ p + p 2 ω 2 0 = N (p) D(p) Pour trouver les pôles de S(p), calculons le discriminant associé à D(p) : 2ξ 2 = 4 1 ω 2 = 4 ξ 2 0 ω 2 1 0 La réponse impulsionnelle va donc dépendre de ξ. 2.1 Cas 1 : ξ > 1 Dans ce cas, D(p) possède 2 racines réelles notées p 1 et p 2 : p 1,2 = ξ ± ξ 2 1 D après la transformée de Laplace inverse, on a : s (t ) = e p 1 t e p 2t u (t ) 2 ξ 2 1 Lorsque ξ > 1 on parle de système amorti (régime apériodique). Réponse impulsionnelle d un système du second ordre Cas où ξ > 1 3 CI 2 : SLCI Cours

2.2 Cas 2 : ξ < 1 Dans le domaine temporel, on a : s (t ) = ω 0 1 e ξ t sin t 1 ξ 2 u (t ) ξ 2 La pseudo-période des oscillations vaut : 2π T = 1 ξ 2 Lorsqu il n y a pas d amortissement (ξ = 0) on a une réponse sinusoïdale de pulsation. Réponse impulsionnelle d un système du second ordre Cas où ξ < 1 2.3 Cas 3 : ξ = 1 Dans ce cas D(p) possède une racine double. L allure de la réponse serait comparable à celle obtenue dans le cas du régime apériodique mais ce cas est impossible dans la réalité : on ne peut avoir une valeur réelle de ξ exactement égale à 1. 3 Réponse indicielle Dans ce cas, S(p) = 1 p H(p) 3.1 Cas 1 : ξ > 1 Dans ce cas, D(p) possède 2 racines réelles notées p 1 et p 2 : p 1 = 2ξ 2 p 2 = 2ξ + 2 = ξ ξ 2 1 = ξ + ξ 2 1 On a p 1 < p 2 < 0. En notant τ 1 = 1 p 1 et τ 2 = 1 p 2, la fonction de transfert H(p) peut s écrire sous la forme suivante : H(p) = 1 + τ1 p 1 + τ 2 p 4 CI 2 : SLCI Cours

En conséquence, S(p) = 1 p 1 + τ1 p 1 + τ 2 p En calculant alors la transformée de Laplace inverse, on obtient : s (t ) = 1 1 τ 1 τ 2 τ 1e t t τ 1 τ 2 e t t τ 2 On peut aussi mettre s (t ) sous la forme suivante : 1 e p 1 t s (t ) = 1 2 ξ 2 1 p 1 e p2t p 2 Réponse indicielle d un système du second ordre Cas où ξ > 1 En t = 0, la courbe admet une tangente horizontale. La courbe ne dépasse pas son asymptote horizontale (s (t ) est monotone). Il n y a pas de formule pour déterminer le temps de réponse à 5%. Nous pouvons remarquer cependant que le système ressemble à un système du premier ordre lorsqu on s éloigne de t = 0. Le temps de réponse à 5% peut donc être approché par la valeur t r 5% = 3 2ξ. 3.2 Cas 2 : ξ = 1 Dans ce cas, τ 1 = τ 2 = τ 0, on parle d amortissement critique, l existence d un pôle double modifie le décomposition en éléments simples et on obtient : s (t ) = 1 1 + 1 e τ 0 t τ 0 La réponse est plus rapide que si ξ > 1 (t r 5% = 5 ), mais l allure de la courbe est très similaire. 5 CI 2 : SLCI Cours

3.3 Cas 3 : ξ < 1 Dans ce cas on parle de système sous amorti. Dans ce cas, H(p) admet deux pôles complexes conjuguées : p = ξ ± j 1 ξ 2 La décomposition de S(p) en éléments simples et le calcul de la transformée de Laplace inverse nous donne : s (t ) = 1 e ξt 1 ξ 2 sin 1 ξ 2 t + arccosξ La courbe admet toujours une tangente horizontale à t = 0. On observe l apparition d oscillations autour de la valeur finale (réponse pseudo-périodique), d autant plus amorties que ξ est élevé. Pour ξ = 0, la réponse est sinusoïdale d amplitude 2. Les courbes enveloppes ont pour équation les courbes suivantes : y (t ) = 1 ± e ξt 1 ξ 2 Remarque On définit parfois ω p : ω p = 1 ξ 2 La pseudo-période des oscillations est donnée par : 2π T p = 1 ξ 2 6 CI 2 : SLCI Cours

3.3.1 s sur les dépassements Lorsque ξ est inférieur à 1, la réponse indicielle génère des dépassements. On montre que le premier dépassement est obtenu pour : t 1 = π = T p 1 ξ 2 2 La valeur du dépassement (en pourcentage) peut se calculer alors ainsi : D 1% = s (t 1 ) s ( ) s ( ) s (0) Le premier dépassement pour cent vaut : D 1% = e πξ 1 ξ 2 La valeur du pic est donnée par D 1% E 0 (E 0 valeur de l échelon d entrée). Le k e dépassement pour cent vaut : D k % = e k πξ 1 ξ 2 L abaque ci-dessous permet de connaître la valeur du k e dépassement pour cent en fonction du facteur d amortissement. Lorsque l amortissement tend vers 1, on peut ainsi mettre en évidence que la valeur des dépassements est de plus en plus faible. 7 CI 2 : SLCI Cours

3.3.2 sur le temps de réponse à 5% La rapidité d un système du second ordre va se calculer par le temps de réponse à 5%. Le temps de réponse dépend de et ξ et ne pas s écrire sous une forme analytique simple. L abaque ci-contre donne le temps de réponse réduit t r 5% en fonction du coefficient d amortissement ξ. On note que le temps de réponse est minimum lorsque ξ 0, 7. Dans ces conditions : t r 5% = 3 8 CI 2 : SLCI Cours

3.4 Évolution de la réponse en fonction du coefficient d amortissement On peut montrer que pour la réponse indicielle d un système du second ordre il existe une tangente horizontale à l origine ; la valeur finale tend vers E 0 (si l échelon d entrée vaut E 0 ). 9 CI 2 : SLCI Cours